AT518662B1 - Verfahren zur steuerung eines radantriebsdrehmomentes eines kraftfahrzeugs - Google Patents

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AT518662B1
AT518662B1 ATA51095/2016A AT510952016A AT518662B1 AT 518662 B1 AT518662 B1 AT 518662B1 AT 510952016 A AT510952016 A AT 510952016A AT 518662 B1 AT518662 B1 AT 518662B1
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drive torque
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Rochette Ophelle
Muammer Yolga MSc
Dipl Ing Bachinger Markus
Lichtenegger Stefan
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    • B60W20/10—Controlling the power contribution of each of the prime movers to meet required power demand
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    • B60W20/19—Control strategies specially adapted for achieving a particular effect for achieving enhanced acceleration
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    • F16H3/44—Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion using gears having orbital motion
    • F16H3/72—Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion using gears having orbital motion with a secondary drive, e.g. regulating motor, in order to vary speed continuously
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
    • F16H3/00—Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion
    • F16H3/44—Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion using gears having orbital motion
    • F16H3/72—Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion using gears having orbital motion with a secondary drive, e.g. regulating motor, in order to vary speed continuously
    • F16H3/724—Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion using gears having orbital motion with a secondary drive, e.g. regulating motor, in order to vary speed continuously using external powered electric machines
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
    • F16H59/00—Control inputs to control units of change-speed-, or reversing-gearings for conveying rotary motion
    • F16H59/36—Inputs being a function of speed
    • F16H59/38—Inputs being a function of speed of gearing elements
    • F16H59/42—Input shaft speed
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
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    • F16H61/68—Control functions within control units of change-speed- or reversing-gearings for conveying rotary motion ; Control of exclusively fluid gearing, friction gearing, gearings with endless flexible members or other particular types of gearing specially adapted for stepped gearings
    • F16H61/684—Control functions within control units of change-speed- or reversing-gearings for conveying rotary motion ; Control of exclusively fluid gearing, friction gearing, gearings with endless flexible members or other particular types of gearing specially adapted for stepped gearings without interruption of drive
    • F16H61/686—Control functions within control units of change-speed- or reversing-gearings for conveying rotary motion ; Control of exclusively fluid gearing, friction gearing, gearings with endless flexible members or other particular types of gearing specially adapted for stepped gearings without interruption of drive with orbital gears
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    • B60K2006/381—Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units Informative references: mechanical gearings with secondary electric drive F16H3/72; arrangements for handling mechanical energy structurally associated with the dynamo-electric machine H02K7/00; machines comprising structurally interrelated motor and generator parts H02K51/00; dynamo-electric machines not otherwise provided for in H02K see H02K99/00 the prime-movers consisting of electric motors and internal combustion engines, e.g. HEVs characterised by apparatus, components or means specially adapted for HEVs characterised by the driveline clutches characterized by driveline brakes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B60W2050/0001—Details of the control system
    • B60W2050/0019—Control system elements or transfer functions
    • B60W2050/0028—Mathematical models, e.g. for simulation
    • B60W2050/0037—Mathematical models of vehicle sub-units
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung eines Radantriebsdrehmomentes () eines Kraftfahrzeugs, welches einen Antriebsstrang (1) mit einer ersten (E) und einer zweiten Antriebsmaschine (M) aufweist, welche in einem stufenlos verstellbaren Übersetzungsverhältnis mit einer Getriebeabtriebswelle (5) antriebsverbunden sind, wobei ein angefordertes Soll-Radantriebsdrehmoment () des Kraftfahrzeug in zumindest einem kombinierten Betriebsbereich des Kraftfahrzeugs durch ein Antriebsdrehmoment () der ersten Antriebsmaschine (E) und ein Antriebsdrehmoment () der zweiten Antriebsmaschine (M) aufgebracht wird. Um mit geringem Aufwand eine Steuerung des Radantriebsdrehmomentes () zu ermöglichen, ist vorgesehen, dass im kombinierten Betriebsbereich - zumindest bei Änderung des angeforderten Soll-Radantriebsdrehmomentes () - gleichzeitig ein angefordertes Soll-Radantriebsdrehmoment () des Kraftfahrzeuges und eine angeforderte Soll-Drehzahl (nE,S, nM,S) einer Antriebsmaschine (E, M) in zumindest einem kombinierten Betriebsbereich des Kraftfahrzeugs durch ein Antriebsdrehmoment () der ersten Antriebsmaschine (E) und ein Antriebsdrehmoment () der zweiten Antriebsmaschine (M) aufgebracht werden, wobei das Soll-Antriebsdrehmoment () der ersten Antriebsmaschine (E) und das Soll-Antriebsmoment () der zweiten Antriebsmaschine (M) über eine näherungsweise Berechnung direkt aus dem Soll-Radantriebsdrehmoment () und der Soll-Drehzahl (nE,S, nM,S) einer Antriebsmaschine (E, M) ermittelt werden.

Description

Beschreibung [0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung eines Radantriebsdrehmomentes eines Kraftfahrzeugs, welches einen Antriebsstrang mit einer ersten und einer zweiten Antriebsmaschine aufweist, welche in einem stufenlos verstellbaren Übersetzungsverhältnis mit einer Getriebeabtriebswelle antriebsverbunden sind, wobei ein angefordertes Soll-Radantriebsdrehmoment des Kraftfahrzeug in zumindest einem kombinierten Betriebsbereich des Kraftfahrzeugs durch ein Antriebsdrehmoment der ersten Antriebsmaschine und ein Antriebsdrehmoment der zweiten Antriebsmaschine aufgebracht wird.
[0002] Insbesondere bei Hybrid-Antriebssträngen ergibt sich die Möglichkeit der Aufteilung des gewünschten Antriebsmomentes auf zwei oder mehrere Leistungsquellen. Solange dabei die Anzahl der mechanischen Freiheitsgrade zur Übertragung von Leistung auf die Räder eins beträgt, ergibt sich das Radantriebsdrehmoment über eine Summierung der einzelnen Drehmomente der Antriebsmaschinen mit bestimmten festen Faktoren/Übersetzungsverhältnissen. Das Erreichen eines Soll-Radantriebsdrehmomentes ist daher über verschiedene Verhältnisse der Drehmomente der Antriebsmaschinen zueinander möglich. Ein solcher Getriebemodus mit jeweils festem Übersetzungsverhältnis wird hier als FGR- Getriebemodus ( = Fixed Gear Ratio) bezeichnet.
[0003] Es gibt aber Hybrid-Antriebsstränge, die auch einen weiteren Freiheitsgrad bieten und aufgrund der Topologie in bestimmten Kupplungs-Modi variable Gangstufenübersetzungen zur Verfügung stellen. Dabei ist die Anzahl der mechanischen Freiheitsgrade höher und beträgt beispielsweise zwei. Das Radantriebsdrehmoment ergibt sich zwar wieder aus einer Summierung der Drehmomente der Antriebsmaschinen, diese müssen jetzt aber in einem festen Verhältnis zueinander vorgegeben werden, um die Drehzahlen der Antriebsmaschinen konstant zu halten. Dieser Getriebemodus wird hier als CVT- Getriebemodus (CVT=Continuous Variable Transmission) bezeichnet und zeichnet sich durch eine variable Antriebsübersetzung zwischen einer Antriebsmaschine und dem Getriebeausgang aus. Diese variable Antriebsübersetzung kann durch die dynamische Steuerung der Drehmomente der beiden Antriebsmaschinen angepasst werden.
[0004] Es sind Antriebsstrangtopologien mit zwei Antriebsmaschinen bekannt, welche zumindest einen CVT-Getriebemodus (CVT=Continuous Variable Transmission) mit einer variablen Antriebsübersetzung zwischen einer Antriebsmaschine und dem Getriebeausgang aufweisen. Solche Antriebsstrang-Topologien erlauben in einem CVT-Getriebemodus zwei mechanische Freiheitgrade. Auf diese Weise ist es möglich, beispielsweise zusätzlich zum Radantriebsdrehmoment die Schlupf-Drehzahl einer herankommenden Kupplung zu steuern bzw. regeln. In einem FGR- Getriebemodus (ein mechanischer Freiheitsgrad) ist es möglich, zusätzlich zum Radantriebsdrehmoment das an der abgehenden Kupplung übertragene Drehmoment zu steuern bzw. regeln.
[0005] Die EP 2 886 901 A1 beschreibt ein Verfahren zur Steuerung des Antriebsstranges eines Fahrzeuges, wobei der Antriebsstrang zumindest ein beispielsweise durch eine Kupplung gebildetes Reibelement aufweist. Das Verfahren sieht vor, dass die physikalischen Daten des Antriebsstranges zur Verfügung eingeholt werden, ein Zeitmesser betrieben wird, welcher vordefinierte Zeitpunkte festlegt, die voneinander durch gegebene Zeitintervalle getrennt sind. Eine Ausgangsvariable zur Steuerung zumindest eines Elementes des Antriebsstranges wird zu den vordefinierten Zeitpunkten berechnet. Zu den vordefinierten Zeitpunkten wird geprüft, ob das Reibelement geschlossen werden kann, indem ein Nulldurchgang des Kupplungsschlupfes innerhalb des vorliegenden Zeitschrittes festgestellt wird. Wenn ein solcher Nullschlupf festgestellt wird, wird die Zeit des Nulldurchgangs der Schlupfdrehzahl berechnet; der vorliegende Berechnungsschritt für ein kürzeres Zeitintervall berechnet, indem für die Berechnung die Zeit des Nulldurchgangs der Schlupfdrehzahl für den nächsten vordefinierten Zeitpunkt verwendet wird. Der nächste Berechnungsschritt wird für ein angepasstes Zeitintervall durchgeführt, indem ein vordefinierter Zeitpunkt für die nächste Berechnung verwendet wird.
[0006] Aus der DE 102 41 745 A1 ist ein stufenlos verstellbares Getriebe mit einem Zahnradgetriebe mit mindestens drei Drehmassen sowie einem Variator mit einer stufenlos verstellbaren Übersetzung bekannt. Dabei werden zur Berechnung der Parameter des Getriebes bekannt, die Bewegungsgleichungen des Getriebes aufgestellt und die Drehmassen des Getriebes angepasst, dass der Nenner der Bewegungsgleichungen immer ungleich Null ist.
[0007] Aus der WO 2014/111810 A1 ist ein Verfahren zum Steuern von Schaltvorgängen bei einem Fahrzeug bekannt, wobei die Drehmomentaufteilung bei Drehmomentübergaben als Randbedingung einer Bewegungsgleichung eines Automatikgetriebes gesetzt wird. Dadurch können Drehmomentübergaben von Eingriffseinrichtungen gesteuert und die Bewegungsgleichung gelöst werden. Somit können mittels eines vorbestimmten Schaltmodells beliebige Schaltvorgänge gehandhabt werden.
[0008] Die Veröffentlichungen DE 11 2006 002 865 B4 und US 5,833,570 A offenbaren jeweils Verfahren zur Steuerung eines Radantriebsmomentes eines Kraftfahrzeuges, welches einen Antriebsstrang mit einer ersten und einer zweiten Antriebsmaschine aufweist. Die Antriebsmaschinen sind in einem stufenlos verstellbaren Übersetzungsverhältnis mit einer Getriebeabtriebswelle antriebsverbunden, wobei ein angefordertes Soll-Radabtriebsdrehmoment des Kraftfahrzeuges durch ein Antriebsmoment der ersten Antriebsmaschine und ein Antriebsmoment der zweiten Antriebsmaschine aufgebracht wird. Aus den Veröffentlichungen ist es nicht bekannt, das Soll-Antriebsmoment der zweiten Antriebsmaschine über eine näherungsweise Berechnung direkt aus dem Soll-Radantriebsmoment und der Soll-Drehzahl einer Antriebsmaschine zu ermitteln.
[0009] Aufgabe der Erfindung ist es, bei einem Fahrzeug mit stufenlosem Getriebe und zwei Antriebsmaschinen mit geringem Aufwand eine Steuerung des Radantriebsdrehmomentes zu ermöglichen.
[0010] Ausgehend von einem eingangs genannten Verfahren wird dies erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass in zumindest einem kombinierten Betriebsbereich - zumindest bei Änderung des angeforderten Soll-Radantriebsdrehmomentes - gleichzeitig ein angefordertes Soll-Radantriebsdrehmoment des Kraftfahrzeuges und eine angeforderte Soll-Drehzahl einer Antriebsmaschine in zumindest einem kombinierten Betriebsbereich des Kraftfahrzeugs durch ein Antriebsdrehmoment der ersten Antriebsmaschine und ein Antriebsdrehmoment der zweiten Antriebsmaschine aufgebracht werden, wobei die Soll-Antriebsmomente der ersten und der zweiten Antriebsmaschine über eine näherungsweise Berechnung direkt aus dem Soll-Radantriebsdrehmoment und der Soll-Drehzahl einer Antriebsmaschine ermittelt werden. Diese Berechnung muss dabei eindeutig und algebraisch sein und im Zuge von Berechnungsvorschriften in einer Getriebesteuerung zu jedem Ausführungsschritt, also mit sehr beschränkter Anzahl und Komplexität von Rechenoperationen, lösbar sein.
[0011] In einem CVT-Getriebemodus muss das Drehmoment der beiden Antriebsmaschinen in einem festen Verhältnis zueinander gesteuert werden, um bei konstanten Drehzahlen ein konstantes Getriebe-Abtriebs-Drehmoment (und damit Antriebsmoment für das Fahrzeug) zu erzeugen. Da dieser CVT-Getriebemodus über zwei mechanische Freiheitsgrade verfügt, kann hier neben dem ersten Ziel, das beispielsweise durch den Fahrer vorgegebene Wunschdrehmoment (=Sollradantriebsdrehmoment) einzuhalten, auch die Drehzahl einer Antriebsmaschine (beispielsweise einer Brennkraftmaschine, etwa in einem Betriebsbereich mit niedrigem Kraftstoffverbrauch) eingestellt werden. Vorzugsweise ist dabei vorgesehen, dass mittels eines Algorithmus die näherungsweise Berechnung der Soll-Antriebsmomente der ersten und der zweiten Antriebsmaschine koordiniert und an statische und dynamische Begrenzungen der Antriebsmaschinen sowie an unterschiedliche Signallaufzeiten anpasst werden. Dies kann in einer einfachen Ausführung beispielsweise so geschehen, dass die Antriebsmaschine mit der kürzeren Laufzeit der Ansteuerung um die Differenz der Signallaufzeiten künstlich verzögert wird. Während Signallaufzeit den Zeitraum zwischen der Anforderung an eine Antriebsmaschine und der Ausführung dieser Anforderung bezeichnet, sind Begrenzungen durch die Dimensionierung und dynamische Eigenschaften der Antriebsmaschine gegeben (eine dynamische Begren- zung in einer aufgeladenen Brennkraftmaschine ergibt sich beispielsweise durch die zur Verbrennung verfügbare Menge Luft im Brennraum, die, wenn nicht bereits vorhanden, von der Dynamik eines Laders abhängt). Weil für die Steuerung von Rad-Antriebsdrehmoment und vor allem Drehzahl einer Antriebsmaschine das zeitlich koordinierte Drehmoment der beiden Antriebsmaschinen wesentlich ist, koordiniert der Algorithmus die berechneten Soll-Antriebsmomente der beiden Antriebsmaschinen. Beispielsweise kann ein approximatives Modell der statischen Limitierungen und der maximal möglichen Dynamik im aktuellen Betriebspunkt auftretende Beschränkungen der Antriebsmaschinen abschätzen. Sollte aufgrund dieser Abschätzung die Vorgabe des Soll-Antriebsmomentes einer Antriebsmaschine nicht möglich sein, kann beispielsweise über den selben Algorithmus beispielsweise die Vorgabe der Soll-Drehzahl zugunsten der Vorgabe des beschränkten Antriebsmomentes dieser Maschine fallengelassen werden.
[0012] Die Steuerung berechnet dann für diesen Zeitpunkt das Antriebsmoment der anderen Maschine auf Basis von Soll-Radantriebsdrehmoment und beschränktem Antriebsmoment der einen Maschine, wodurch gewährleistet wird, dass das Antriebsmoment der beiden Maschinen zeitlich und wertmäßig annähernd koordiniert zueinander sind und auch die Soll-Drehzahl im Rahmen der Möglichkeiten innerhalb der Maschinen-Limitierungen noch berücksichtigen.
[0013] Um den Aufwand zur Erstellung von Steuerungsstrategien zu reduzieren können die Zusammenhänge zwischen den Aktuatoren (=Antriebsmaschinen) und den Zielgrößen (Sollantriebsdrehmoment) in einer den Algorithmus definierenden Matrix so dargestellt werden, dass ein vollständiger Wunsch an den Antriebsstrang als Eingang formuliert zu einer eindeutigen Lösung für die Ansteuerung der jeweiligen Aktuatoren führt und diese zu jedem Auswertungszeitschritt für die jeweilige Aufgabe als Steuerung dieser Aktuatoren eingesetzt wird. Um Abweichungen der Matrix vom realen Verhalten zu kompensieren, können zusätzliche Maßnahmen durchgeführt werden, wie zum Beispiel eine Kompensation von Signallaufzeiten zwischen verschiedenen Steuergeräten oder eine Rückführung von Messgrößen und Kompensation durch Regelung auf diese Messgrößen.
[0014] So ist in einer besonders vorteilhaften Ausführungsvariante der Erfindung vorgesehen, dass ein Verlauf der Fahrzeuggeschwindigkeit und die Drehzahl einer Antriebsmaschine erfasst und mit einem aus dem Soll- Radantriebsdrehmoment berechneten Verlauf und der Soll-Drehzahl dieser Antriebsmaschine verglichen werden, wobei bei einer Abweichung zwischen Soll- und Istwert eine Korrektur bei der Ansteuerung der beiden Antriebsmaschinen durchgeführt wird.
[0015] Eine bevorzugte Ausführungsvariante der Erfindung sieht vor, dass der Algorithmus zur näherungsweisen Berechnung des Soll-Antriebsdrehmomentes der ersten Antriebsmaschine und des Soll-Antriebsmomentes der zweiten Antriebsmaschine auf der Basis eines linearen Modells für den Antriebsstrang erstellt wird.
[0016] Die Erfindung wird im Folgenden an Hand eines in den Figuren dargestellten nicht weiter einschränkenden Ausführungsbeispiels näher erläutert.
[0017] Darin zeigen [0018] Fig. 1 schematisch ein Modell eines Hybridantriebsstranges zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, [0019] Fig. 2 den Verlauf der Drehzahlen und Drehmomente für den Hybridantriebsstrang in einem CVT-Getriebemodus und [0020] Fig. 3 den Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens in einem Flussdiagramm.
[0021] Fig. 1 zeigt exemplarisch ein vereinfachtes mechanisches Ersatzmodell einer Topologie eines als Hybridantriebsstrang ausgeführten Antriebsstrangs 1 mit einer ersten Antriebsmaschine E und einer zweiten Antriebsmaschine M eines Fahrzeuges, wobei im Ausführungsbeispiel die erste Antriebsmaschine E durch eine Brennkraftmaschine und die zweite Antriebsmaschine M durch eine elektrische Maschine gebildet ist. Die erste Antriebsmaschine E kann aber eben- falls eine elektrische Maschine sein. Der Antriebsstrang 1 weist ein Getriebe 2 auf, welches die Antriebsmaschinen E, M mit einem Getriebeausgang 5 und mit Antriebsräder 6 eines Kraftfahrzeugs verbindet. Das Getriebe 2 weist im Ausführungsbeispiel einen erweiterten Ravigneaux Planetengetriebesatz 3 und einen einfachen Planetengetriebesatz 4 auf. Der Ravigneaux Planetengetriebesatz 3 weist ein erstes Sonnenrad Si, ein zweites Sonnenrad S2, einen gemeinsamen Planetenträger PT12 für ein erstes Planetenrad Pi und ein zweites Planetenrad P2, ein erstes Hohlrad Ri und ein zweites Hohlrad R2 auf. Der einfache Planetengetriebesatz 4 weist ein drittes Sonnenrad S3 auf, welches auf ein drittes Planetenrad P3 eines Planetenträger PT3 eingreift, und ein drittes Hohlrad R3 auf. Weiters weist das Getriebe 2 eine schaltbare erste Kupplung C0, eine schaltbare zweite Kupplung C1; eine schaltbare dritte Kupplung C2 und eine schaltbare vierte Kupplung C3 auf, wobei die schaltbare vierte Kupplung C3 als Bremse ausgebildet ist. Die erste Kupplung C0 stellt im geschlossenen Zustand eine Antriebsverbindung zwischen der ersten Antriebsmaschine E und dem dritten Hohlrad R3 her. Die zweite Kupplung stellt im geschlossenen Zustand eine Antriebsverbindung zwischen dem dritten Hohlrad R3 und dem gemeinsamen Planetenträger PT12 her. Die dritte Kupplung C2 verbindet im geschlossenen Zustand das erste Sonnenrad Si mit dem Planetenträger PT3 des ersten Planetengetriebesatzes 4. Die vierte Kupplung C3 fixiert im geschlossenen Zustand das zweite Sonnenrad S2.
[0022] In einem CVT-Getriebemodus ist die Herausforderung für die koordinierte Steuerung der beiden Antriebsmaschinen E, M dadurch gegeben, dass einerseits ihre Antriebsdrehzahlen nE, nM durch Regelung stabilisiert werden müssen, da nur eine exakte Aufteilung der beiden Antriebsdrehmomente τΕ, τΜ der Antriebsmaschinen E, M in einem festen Verhältnis die Drehzahlen nE, nM konstant hält. Andererseits müssen die Antriebsdrehmomente τΕ, τΜ dynamisch so angepasst werden, dass der Fahrerwunsch an den Rädern erfüllt wird. Eine modellbasierte Vorsteuerung der Drehmomente τΕ, τΜ der beiden Antriebsmaschinen E, M zur Erfüllung von Fahrerwunsch-Drehmoment und strategischen Antriebsdrehzahlen nE, nM kann beispielsweise wie folgt aussehen: [0023] Der Hybridantriebsstrang kann durch ein lineares Modell der folgenden Form ersetzt werden:
Mx = Ax+Bvv + Bctc
[0024] Wobei M eine diagonale Massenmatrix ist, x fast die Modellzustände - bestehend aus den Drehzahlen der Massenelemente und den Winkeldifferenzen der flexiblen Welle 7 - zusammen, v repräsentiert externe Drehmomenteingänge (Antriebsdrehmomente τΕ, τΜ und Fahrzeuglastdrehmoment τν) and xc beinhaltet die Kupplungsmomente tCo,tCi,tC2,tC3 . Während A die Beziehungen der starren Verbindungen zwischen den Zuständen beinhaltet, werden die Beziehungen der Antriebsdrehmomente xE, xM bzw. Kupplungsmomente tCo,tCi,tC2,tC3 , welche auf die Zustände wirken, in Bv bzw. Bc. definiert. Während eines Kupplungsschlupfes ist das jeweilige Kupplungsmoment tCo,tCi,tC2,tC3 eine Funktion des anliegenden Kupplungsdruckes, dagegen ist das Steckmoment abhängig vom gesamten Zustand des Antriebsstranges 1. Unter Kupplungsmoment ist hier das maximal über die Kupplungsplatten der entsprechenden Kupplung übertragbare Drehmoment zu verstehen. Unter Steckmoment wird hier das an der Kupplung tatsächlich anliegende und über die Kupplungsplatten übertragene Drehmoment verstanden.
[0025] Im vorliegenden Fall wird ein vereinfachtes Modell verwendet, welches eine statische Entkoppelung und damit eine einfache Steuerung der Antriebsdrehmomente τΕ, τΜ erlaubt. Das oben angegebene lineare Modell, welches einen Satz von linearen Differentialgleichungen erster Ordnung aufweist, kann durch einen Satz algebraischer Gleichungen unter Vernachlässigung des durch die Matrix A bestimmten dynamischen Verhaltens (also hier dem Weglassen einer flexiblen Welle 7 im Modell) ersetzt werden: A = 0 —> Mx = Ax+Bvv + Bczc
Mit y :=
und D\=[-M Bv Bc]^> Dy = 0
[0026] Dieser Satz an Gleichungen ist unterbestimmt, da die Matrix D weniger Reihen als Spalten aufweist. Durch Ergänzen mit beliebigen Reihen ('Design'-Gleichungen) kann eine quadratische und reguläre Matrix D erhalten werden, wodurch sich mathematisch eine einzige Lösung für y ergibt: -> Dy = f -» y = D~xf
[0027] Die Anzahl an 'Design'-Gleichungen entspricht der Anzahl an Antriebsmaschinen, Lastelementen und Kupplungselementen. Die 'Design'-Variablen G and g können zum Beispiel durch den aktuellen Systemzustand bei geöffneten Kupplungen bzw. Kupplungsschlupf=0 definiert werden.
[0028] Für die Berechnung der Zielwerte der Vorsteuerung müssen zumindest Teile der Matrix
berechnet werden. Hier können vorteilhaft bekannte Methoden der Mathematik, zum Beispiel Gauß-Elimination oder LU-Zerlegung angewendet werden.
[0029] Diese vorgestellte Methode ermöglicht eine näherungsweise aber einfache Berechnung von notwendigen Antriebsdrehmomenten τΕ, τΜ für die Antriebsmaschinen E, M um künftige Wünsche zu erfüllen, wobei ein Wunschverlauf für den Übergang von aktuellem Raddrehmoment TW, und aktueller erster Antriebsmaschinendrehzahl nE auf die künftigen Wünsche vorgegeben wird.
[0030] Dieselbe Methode lässt sich nicht nur auf Änderungen des Wunschdrehmomentes zW:S durch den Fahrer, sondern auch auf andere Steuerungsaufgaben im Getriebe 2 anwenden.
[0031] So ist es beispielsweise vorteilhaft, die Schaltung zwischen CVT-Getriebemodus und FGR-Getriebemodus bzw. umgekehrt so durchzuführen, dass bestimmte Ziele erreicht werden, zum Beispiel um Schaltvorgänge ohne Reibungsverluste durchzuführen.
[0032] Fig. 2 zeigt den Verlauf der Drehzahlen nE, nM und Antriebsdrehmomente τΕ, τΜ der beiden Antriebsmaschinen E, M des in Fig.2 schematisch dargestellten Antriebsstranges 1 in einem CVT-Getriebemodus, über der Zeit t aufgetragen; weiter unten zusätzlich die Änderung des Antriebswunsches AP (Fahrpedal), das Radantriebsmoment rw an den Rädern 6 und die Fahrzeuggeschwindigkeit v. Zu Beginn wird bei minimaler Antriebsleistung ungefähr das Fahrzeug- Widerstandmoment kompensiert und so das Fahrzeug auf einer konstanten Geschwindigkeit v gehalten. Neben dem Soll-Antriebsdrehmoment xEyS wird eine Soll-Drehzahl nE,s für die erste Antriebsmaschine E eingeregelt. Die Soll-Drehzahl nE,s kann beispielsweise aus Gründen eines besseren Wirkungsgrades der ersten Antriebsmaschine E vorgegeben werden. Die vorliegende erste Antriebsmaschine E hat vereinfacht bei niedrigeren Drehzahlen einen besseren Wirkungsgrad, dort aber nicht so ein hohes maximales Drehmoment als bei höheren Drehzahlen. Bei t=13.7 s (Sekunden) gibt beispielsweise der Fahrer eine Änderung des Antriebswunsches AP vor und die Getriebesteuerung TCU reagiert darauf mit einer gleichzeitigen Erhöhung des Antriebsdrehmomentes τΕ, τΜ der beiden Antriebsmaschinen E, M und einer Änderung der Soll-Drehzahl nE,s der ersten Antriebsmaschine E. Gleichzeitig wird - aufgrund der zwei mecha nischen Freiheitsgrade, die dann durch die Raddrehzahl der Antriebsräder 6 und die Drehzahl nE der ersten Antriebsmaschine E auch die Drehzahl nM der zweiten Antriebsmaschine M eindeutig festlegen - auch die Soll-Drehzahl nM,s der zweiten Antriebsmaschine M mit geändert. Bei t=16.8 s geht der Fahrer vom Fahrpedal: Daher werden Drehmomentwunsch tWiS für den Abtrieb (=Soll-Radantriebsdrehmoment) sowie Drehzahlwunsch nEyS für die erste Antriebsmaschine E (vom Steuergerät aus Gründen des besseren Wirkungsgrades vorgegeben) wieder reduziert.
[0033] Fig. 3 zeigt schematisch den Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens. Im Schritt S1 weist das Fahrzeug annähernd konstante Fahrzeuggeschwindigkeit v auf. Liegt beispielsweise vom Fahrer des Fahrzeuges eine Änderung des Antriebswunsches AP des Soll-Radantriebsdrehmomentes tw,s vor, so wird das Soll-Antriebsdrehmoment r£jS und die Soll-Drehzahl nEyS der ersten Antriebsmaschine E im Schritt S2 über eine näherungsweise Berechnung auf einen vorgesteuerten Wert oder Verlauf eingestellt. Ist die Änderung AzWrS des Soll-Radantriebsdrehmomentes tW'S größer 0, so wird das Antriebsmoment τΕ sowie die Soll-Drehzahl nEs der ersten Antriebsmaschine E erhöht. Bei einer Änderung AtWiS des Soll-Radantriebsdrehmomentes zWyS kleiner 0 wird das Antriebsmoment τΕ sowie die Soll-Drehzahl nEyS der ersten Antriebsmaschine E verringert. Gleichzeitig wird im Schritt S3 das Soll-Antriebsdrehmoment rM,s der zweiten Antriebsmaschine M so gesteuert, dass das Ist-Radantriebsdrehmoment tw im Wesentlichen dem Soll-Radantriebsdrehmoment tw,s entspricht. Dabei wird die Soll-Drehzahl nM,s der zweiten Antriebsmaschine M entsprechend der Kinematik des Getriebes 2 mitverändert. Im Schritt S4 wird geprüft, ob das Radantriebsdrehmoment tw vom Soll-Radantriebsdrehmoment tw,s abweicht und bei einer Regelabweichung eine Korrektur im Soll-Antriebsdrehmoment tm,s der zweiten Antriebsmaschine M durchgeführt. Andernfalls wird auf die nächste Änderung des Antriebswunsches AP im Soll-Radantriebsdrehmoment xWyS gewartet.
[0034] Gegebenenfalls können mittels eines Algorithmus AG die näherungsweisen Berechnungen des Soll-Antriebsmomentes r£s der ersten Antriebsmaschine E und des Soll-Antriebsmomentes tm,s der zweiten Antriebsmaschine M koordiniert und an statische und dynamische Begrenzungen Be, Bm der Antriebsmaschinen E, M sowie an unterschiedliche Signallaufzeiten, Δτ£, Δτμ der Antriebsmaschinen E, M angepasst werden. Während eine Signallaufzeit Δτ£, ΔτΜ den Zeitraum zwischen einer Anforderung an eine Antriebsmaschine E, M und der Ausführung dieser Anforderung bezeichnet, sind Begrenzungen BE, BM durch die Dimensionierung und dynamische Eigenschaften der jeweiligen Antriebsmaschine E, M gegeben (eine dynamische Begrenzung in einer aufgeladenen Brennkraftmaschine ergibt sich beispielsweise durch die zur Verbrennung verfügbare Menge Luft im Brennraum, die, wenn nicht bereits vorhanden, von der Dynamik eines Laders abhängt). Weil für die Steuerung des Rad-Antriebsdrehmoments tw und vor allem der Drehzahl nE, nM einer Antriebsmaschine E, M das zeitlich koordinierte Drehmoment r£, rM der beiden Antriebsmaschinen E, M wesentlich ist, koordiniert der Algorithmus AG die berechneten Soll-Antriebsmomente r£jS, tm,s der beiden Antriebsmaschinen E, M. BEZUGSZEICHEN: 1 .........Antriebsstrang; 2 .........Getriebe; 3 .........Ravigneaux Planetengetriebesatz; 4 .........Planetengetriebesatz; 5 .........Getriebeausgang; 6 .........Antriebsräder; 7 .........flexiblen Antriebswelle; E........erste Antriebsmaschine; M........zweite Antriebsmaschine; AP......Antriebswunsch C0.......erste Kupplung;
Ci.......zweite Kupplung; C2.......dritte Kupplung; C3.......vierte Kupplung; 51 .......erstes Sonnenrad; 52 .......zweites Sonnenrad; 53 .......drittes Sonnenrad;
Ri.......erstes Hohlrad; R2.......zweites Hohlrad; R3.......drittes Hohlrad; P12......gemeinsamer Planetenträger; P3.......dritter Planetenträger; τΕ.........Drehmoment der ersten Antriebsmaschine E; τΜ........Drehmoment der zweiten Antriebsmaschine M; ic........Kupplungsmomente tCo .....Kupplungsmoment der ersten Kupplung C0; tCi......Kupplungsmoment der zweiten Kupplung C^ tCi .....Kupplungsmoment der dritten Kupplung C2; .....Kupplungsmoment der vierten Kupplung C4; xR ......Drehmoment des ersten Hohlrades R^ τΚι .....Drehmoment des zweiten Hohlrades R2; τΚί .....Drehmoment des dritten Hohlrades R3; tv ......Lastmoment am Antriebsrad 6; %......Radantriebsmoment am Antriebsrad 6; jE........Massenträgheitsmoment der ersten Antriebsmaschine E; ju.......Massenträgheitsmoment der zweiten Antriebsmaschine M; jR .....Massenträgheitsmoment des dritten Hohlrades R3; j........Massenträgheitsmoment der Getriebeausgangswelle 5; jv........Massenträgheitsmoment des Antriebsrades; ne.......Antriebsdrehzahl der ersten Maschine nM.......Antriebsdrehzahl der zweiten Maschine ωε.......Winkelgeschwindigkeit der ersten Antriebsmaschine E; ωΜ......Winkelgeschwindigkeit der zweiten Antriebsmaschine M; (0r3.....Winkelgeschwindigkeit des dritten Hohlrades R3; a>F.......Winkelgeschwindigkeit der Getriebeausgangswelle 5; coF.......Winkelgeschwindigkeit des Antriebsrades 6;
AtE......Signallaufzeit der ersten Antriebsmaschine E
AtM......Signallaufzeit der zweiten Antriebsmaschine M if.........Abtriebsübersetzungsverhältnis k,........Federeigenschaften der flexiblen Antriebswelle 7 d.........Dämpfungseigenschaften der flexiblen Antriebswelle 7 A........Beziehungen der starren Verbindungen zwischen den Modellzuständen
Bv........Beziehungen der Antriebsdrehmomente τΕ, τΜ, welche auf die Modellzustände wirken
Bc.......Beziehungen der Kupplungsmomente tCo,tCi,tC2,tC3, welche auf die Modellzustände wirken G, g ....'Design'-Variable M........diagonale Massenmatrix x.........Modellzustände v Drehmomenteingänge v.........Fahrzeuggeschwindigkeit

Claims (5)

  1. Patentansprüche
    1. Verfahren zur Steuerung eines Radantriebsdrehmomentes {zw) eines Kraftfahrzeugs, welches einen Antriebsstrang (1) mit einer ersten (E) und einer zweiten Antriebsmaschine (M) aufweist, welche in einem stufenlos verstellbaren Übersetzungsverhältnis mit einer Getriebeabtriebswelle (5) antriebsverbunden sind, wobei ein angefordertes Soll-Radantriebsdrehmoment (rw,s) des Kraftfahrzeug in zumindest einem kombinierten Betriebsbereich des Kraftfahrzeugs durch ein Antriebsdrehmoment (¾) der ersten Antriebsmaschine (E) und ein Antriebsdrehmoment (rM) der zweiten Antriebsmaschine (M) aufgebracht wird, dadurch gekennzeichnet, dass in zumindest einem kombinierten Betriebsbereich - zumindest bei Änderung des angeforderten Soll-Radantriebsdrehmomentes (tw,s) - gleichzeitig ein angefordertes Soll-Radantriebsdrehmoment (rw,s) des Kraftfahrzeuges und eine angeforderte Soll-Drehzahl (nE,s, nM,s) einer Antriebsmaschine (E, M) in zumindest einem kombinierten Betriebsbereich des Kraftfahrzeugs durch ein Antriebsdrehmoment (¾) der ersten Antriebsmaschine (E) und ein Antriebsdrehmoment (τΜ) der zweiten Antriebsmaschine (M) aufgebracht werden, wobei das Soll-Antriebsdrehmoment (r£s) der ersten Antriebsmaschine (E) und das Soll-Antriebsmoment {zM:S) der zweiten Antriebsmaschine (M) über eine näherungsweise Berechnung direkt aus dem Soll-Radantriebsdrehmoment (twJ und der Soll-Drehzahl (nE,s, nM,s) einer Antriebsmaschine (E, M) ermittelt werden.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die näherungsweise Berechnung der Soll-Antriebsmomente (r£s, zM:S) der ersten (E) und der zweiten Antriebsmaschine (M) mittels eines Algorithmus (AG) koordiniert und an statische und dynamische Begrenzungen (Be, Bm) der Antriebsmaschinen (E, M) sowie an unterschiedliche Signallaufzeiten (AtE, ÄtM) angepasst wird.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zur Anpassung an unterschiedliche Signallaufzeiten (ÄtE, ÄtM) die Antriebsmaschine mit der kürzeren Laufzeit der Ansteuerung um die Differenz der Signallaufzeiten verzögert wird.
  4. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Verlauf der Fahrzeuggeschwindigkeit (v) und die Drehzahl (nE, nM) einer Antriebsmaschine (E, M) erfasst und mit einem aus dem Soll-Radantriebsdrehmoment (zw,s) berechneten Verlauf der Fahrzeuggeschwindigkeit (vs) und der Soll-Drehzahl (nE,s, nM,s) dieser Antriebsmaschine (E, M) verglichen werden, wobei bei einer Abweichung zwischen Soll- und Istwert eine entsprechende Korrektur bei der Ansteuerung der beiden Antriebsmaschinen (E, M) durchgeführt wird.
  5. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die näherungsweise Berechnung des Soll-Antriebsdrehmomentes (r£s) der ersten Antriebsmaschine (E) und des Soll-Antriebsmomentes (%,,) der zweiten Antriebsmaschine (M) auf der Basis eines linearen Modells für den Antriebsstrang (1) erstellt wird. Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
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